EP0695441A1

EP0695441A1 - Verfahren und vorrichtung zur verarbeitung von messgrössen

Info

Publication number: EP0695441A1
Application number: EP95908181A
Authority: EP
Inventors: Urs Baldenweg; Beat Sauter
Original assignee: Energy Management Team AG
Current assignee: Energy Management Team AG
Priority date: 1994-02-24
Filing date: 1995-02-23
Publication date: 1996-02-07
Also published as: WO1995023363A1

Abstract

Ein Verfahren, das bei Steuerungen unterschiedlichster Art angewendet werden kann, ermöglicht eine verbesserte Nutzung der Informationen, die der Steuerung aufgrund von Messgrössen (3) zur Verfügung stehen. Dabei können Beziehungen zwischen den Messgrössen erkannt werden. Solche Beziehungen werden als Klassen dargestellt. Bei der Verarbeitung der Messgrössen zu Steuergrössen (7) können zusätzlich zu den Messgrössen auch die erkannten Beziehungen zwischen den Messgrössen berücksichtigt werden. So kann eine qualitative Verbesserung bei der Ermittlung der Steuergrössen und eine Reduktion beim Aufwand zur Erfassung der Messgrössen erzielt werden. Durch den Einsatz eines nichtflüchtigen Speichermediums kann eine Steuerung, die nach dem beschriebenen Verfahren arbeitet, Informationen speichern, die im Zusammenhang mit Beziehungen zwischen den Messgrössen stehen.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR VERARBEITUNG VON MESSGROSSEN

B E S C H R E I B U N G

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung von Messgrössen gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, sowie Vorrichtungen zu dessen Durchführung.

Bei Steuerungen unterschiedlichster Art werden in der Regel Messgrössen, welche die Wirkung von Quellen erfassen, zu Steuergrössen verarbeitet. Oft wird bei solchen Steuerungen die verfügbare Information aus den Messgrössen nicht optimal genutzt, um die Steuergrössen zu ermitteln. Folgende Gründe können dafür genannt werden:

1. Die Messgrössen sind nicht in eindeutiger Weise durch den Zustand der Quellen definiert:

Mehrere Quellenkomponenten beeinflussen eine Messgrösse.

Die Ausbreitung einer Quellenkomponente ändert sich, und somit auch deren Wirkung auf die entsprechenden Messgrössen.

2. Es sind nicht genügend Messgrössen vorhanden, damit die Steuergrösse genügend gut beschrieben werden kann.

3. Die Beziehungen der Messgrössen zur gewünschten Steuergrösse sind nicht genau bekannt. Es sind zwar genügend Messgrössen vorhanden, aber das Gleichungssystem, welches die Steuergrösse als Funktion der Messgrössen beschreibt, ist nicht bekannt. 4. Die gewünschte Steuergrösse bei einer gegebenen Messwertkonstellation ist nicht immer gleich. Das Gleichungssystem, welches die Beziehungen zwischen Messwerten und der gewünschten Steuergrösse darstellt, kann sich verändern. Einige mögliche Ursachen dafür

- Die Wirkung der Quellen ändert sich. Ein Beispiel für diesen Fall ist die nachlassende Leuchtkraft einer Glühbirne.

- Die Ausbreitung von Quellenkomponenten, und somit auch deren Wirkung auf die Messgrössen, verändert sich. Dies ist zum Beispiel der Fall, wenn ein Helligkeitssensor Verschmutzungseinflüssen ausgesetzt ist.

- Die gewünschte Steuergrösse bei gleicher Konstellation der Messgrössen ändert sich, weil die Benutzeranforderungen sich ändern.

Am Beispiel einer Beleuchtungssteuening wird nachfolgend gezeigt, welche Probleme sich bei der Verarbeitung von Messgrössen zu Steuergrössen ergeben können: In einem Raum soll die künstliche Beleuchtung anhand des Tageslichtes gesteuert werden. Wenn ein Helligkeitssensor im Raum selbst angebracht ist, so wird das Messresultat durch die künstliche Beleuchtung verfälscht. Ein Verfahren, wie dieser Störeffekt ausgeschlossen werden kann, wird in der Zeitschrift "Infel Info, Hek-trizitätsaπwendung in der Praxis", 1/1993, Seite 11, beschrieben: Durch den Einsatz eines Helligkeitssensors, der im Frequenzbereich der gesteuerten Fluoreszenzlampen nicht empfindlich ist, wird dort annähernd eine echte Tageslichtmessung möglich. Eine Beleuchtungssteuerung, die nach einem ähnlichen Prinzip arbeitet, ist aus der im internationalen Recherchenbericht genannten Patentanmeldung WO 8605351 bekannt. Beleuchtungssteueπmgen mit spektral empfindlichen Sensoren haben den Nachteil, dass die Sensoren durch weitere Beleuchtungskörper wie Glühbirnen oder Halogenlampen immer noch beemflusst werden können.

Eine andere Methode, wie die Beeinflussung des Sensors durch die künstliche Beleuchtung vermieden werden kann, besteht in der Verwendung eines Aussenlichtsensors an der Gebäudeaussenseite. Wenn Aussenlichtsensoren eingesetzt werden, ist mit erhöhten Installationskosten zu rechnen. Zudem kann auch ein Aussenlichtsensor je nach Sonnenbestrahlung einen felschen Messwert liefern. Ein Verfahren mit Aussenlichtsensoren wird beispielsweise im Beitrag "Improving the Performance of Photoelectrically Controlled Lighting Systems" im "Journal of the Hluminating Engineering Society", Winter 1989, beschrieben. Im weiteren ist aus dem internationalen Recherchenbericht die Europäische Patentanmeldung Nr. 410484 bekannt. Dieses Dokument zeigt ein Verfahren, mit dem die Lichtstärke in einem Raum in Abhängigkeit des Aussenlichtes nach einer vorgegebenen Funktion gesteuert wird, wobei diese Funktion durch mehrere, unabhängig voneinander einstellbare Funktionswerte gegeben ist. Ein Benutzer kann durch Vorwahl der Funktionswerte die Beleuchtung an seine subjektven Bedürfnisse anpassen. Damit wird der Umstand berücksichtigt, dass die tatsächlichen Bedürfnisse von Benutzern nicht genau bekannt sind, und somit auch keine eindeutige Beziehung zwischen den Messgrössen und den gewünschten Steuergrössen festgelegt werden kann.

Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass der Benutzer selbst die Funktionswerte einstellen muss: Eine Steuerung, welche nach diesem Verfahren arbeitet, ist nicht lemfehig, kann somit die vom Benutzer gewünschten Lichtverhältnisse nicht selbständig ermitteln, und die Funktionswerte können nicht automatisch eingestellt werden.

Ein weiteres Verfahren für eine Beleuchtungssteuerung ist aus der im internationalen Recherchenbericht genannten Patentanmeldung US 4273999 bekannt. Ziel des Verfahrens ist es, die relative Sichtbarkeit auf beleuchteten Arbeitsflächen möglichst konstant zu halten. Das Verfahren erfordert zu Beginn die Ermittlung verschiedener Koeffizienten, welche die Wirkung der künstlichen Beleuchtungskörper und der natürlichen Lichtquellen an unterschiedlichen Orten im Raum charakterisieren. Als Nachteil dieses Verfahrens kann nebst dem Aufwand für die Ermittlung der Koeffizienten auch die mangelnde Flexibilität aufgeführt werden: Wenn am Raum Verändeπmgen vorgenommen werden, oder wenn Fenster, Beleuchtungskörper oder Sensoren verschmutzen, kann sich die Steuerung nicht selbständig an die neuen Gegebenheiten anpassen.

Natürlich können ähnliche Probleme, wie sie am Beispiel der Beleuchtungssteuerung beschrieben wurden, auch bei ganz anderen Steuerungen auftreten: Im internationalen Recherchenbericht wird die europäische Patentanmeldung mit der Nr. 514140 genannt. Dieses Dokument beschreibt ein Ueberwachungssystem für Fertigungsprozesse, bei dem als Messgrössen verschiedene Prozessparameter erfesst und statistisch ausgewertet werden. Als Ausgabegrössen werden auf einem Bildschirm nur jene Parameter dargestellt, welche sich kritisch entwickeln. Seine Flexibilität erhält das System dadurch, dass für die Verarbeitung der Messgrössen zusätzlich zu den bestehenden Beziehungen neue Beziehungen zwischen den Messgrössen definiert werden können. Allerdings müssen solche neuen Beziehungsstrukturen durch Systembenutzer vorgegeben werden. Das Ueberwachungssystem selbst kann keine solchen Strukturen definieren.

Im internationalen Recherchenbericht wird als weitere Schrift die europäische Patentanmeldung Nr. 573357 genannt. Dieses Dokument beschreibt ein Diagnoseverfehren für die Früherkennung von Fehlern bei einem Prozess. Dabei kann die Verarbeitung von Messgrössen zu Steuergrössen an spezifische Gegebenheiten angepasst werden. Hinsichtlich einer effizienten Verarbeitung werden die Wertebereiche der Messgrössen in verschiedene Familien aufgeteilt, denen die Messwerte mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit zugeordnet werden können. Anhand einer statistischen Analyse der Messwerte werden Referenzwerte und Kriterien für die Bestimmung der Familienzugehörigkeit der Messwerte gebildet. Ein Vergleich der Messwerte mit den Referenzwerten ermöglicht die Erkennung von Fehlern und Pannen des Prozesses sowie deren Vorhersage.

Bei einer speziellen Ausführungsform des Ueberwachungssystems können die Referenzwerte an neue Gegebenheiten angepasst werden, indem sie in einer Art Lernprozess anhand aktueller Messwerte neu bestimmt werden.

Offensichtlich beschränkt sich der Lernprozess auf die Anpassung von Werten innerhalb einer vorgegebenen Struktur. Das Ueberwachungssystem ist nicht in der Lage, Beziehungen zwischen den Messgrössen selbständig zu erkennen und diese neuen Beziehungen bei der Verarbeitung der Messgrössen zu verwenden.

Es ist nun Aufgabe der Erfindung, ein Veifehren und Vorrichtungen anzugeben, bei denen die verfügbare Information aus den Messgrössen für die Ermittlung von Steuergrössen besser genutzt wird. Diese Aufgabe wird gelöst durch Veifehren und Steuervorrichtungen, wie sie in den Patentansprüchen 1, 8, 9 und 10 angegeben sind.

Durch die bessere Nutzung der verfügbaren Information aus den Messgrössen kann einerseits der Aufwand bei der Erfassung der Messgrössen reduziert werden, und andererseits kann eine qualitative Verbesserung bei der Ermittlung von Steuergrössen erzielt werden. Insbesondere schafft das erfindungsgemässe Veifehren die Grundlage für einen Lernprozess, der die Erkennung von Besehungen zwischen den Messgrössen erlaubt. Diese Beziehungen können zusätzlich zu den Messgrössen bei der Ermittlung der Steuergrössen verwendet werden. Zum besseren Verständnis der Erfindung werden nachfolgend einige Begriffe definiert:

- Quellen 1:

Objekte, deren Aktivität eine messbare Wirkung hat. Beispiele für Quellen und deren Wirkung:

- Sonne: Wärmestrahlung, Licht

- Glühbirne: Wärmestrahlung, Licht, Stromverbrauch

- Elektromotor Bewegung, akustische Wellen, elektromagnetisches Feld, Stromverbrauch

- Mensch: Wärmestrahlung, Bewegung, div. Aktivitäten, wie z.B. eine Schalterbetätigung

- Quellenkomponenten 2:

Unterscheidbare Wirkungsanteile der Quellen Beispiele:

- Glühbirne: Unterteilung des aktiven Frequenzspektrums in Wärmestrahlung und Licht; Unterteilung des Lichtes in einen konstanten Anteil und einen durch die Wechselspannung bedingten periodischen Anteil.

- Mensch: z.B. Schalterbetätigung oder Präsenz im Erfassungsbereich eines Bewegungsmelders.

- Messgrössen 3:

Wiikungsanteile von Quellen, die durch Transducer erfesst werden. - Transducer oder Sensor 4:

Vorrichtung zur Erfassung und Umwandlung von Messgrössen.

- Transducersignal 5:

Umgewandelte Messgrösse eines Transducers.

- Verarfoeitungstefl 6:

Jener Teil der Steuerung, der als Eingangsgrössen die Transducersignale und als Ausgangsgrössen die Steuergrössen hat.

- Steuergrössen 7:

Ausgangsgrössen der Steuerung.

- Steuerobjekte 8:

Objekte, die durch die Steuergrössen beeinflusst werden.

Das erfindungsgemässe Verfehren und Steuersystem werden anhand einiger Beispiele und der folgenden Figuren detailliert beschrieben. Dabei zeigen:

Figur 1 Darstellung der Wirkung von Quellen auf die Steuergrössen;

Figur 2 Anordnimg bei einer Helligkeitssteuerung für Beleuchtungskörper,

Figur 3 Wirkung künstlicher Beleuchtungskörper bei einer Helligkehsmessgrösse;

Figur 4 Schema zur Illustration des Ermittlungsvorganges für verschiedene Beleuchtungs- zustände anhand der Signale zweier Helligkeitssensoren. Figur 5 Prinzipielle Anordnung bei einer Steuervorrichtung, die das Beπutzerverhahen anhand eines Stromsensors registriert. Figur 6 Zeitliches Verbrauchsverhalten der Boilerheizung einer Kaffeemaschine. Die grundsätzliche Situation bei Steuerungen, die Messgrössen zu Steuergrössen verarbeiten, ist in Figur 1 dargestellt und kann wie folgt beschrieben werden:

Auf der Eingangsseite der Steuerung werden Messgrössen 3 durch Transducer 4 umgewandelt, und die Transducersignale 5 werden dem Verarbeitungsteil 6 zugeführt.

Die Messgrössen selbst können als Gesamtheit aller Wirkkomponenten aufgefesst werden, die durch die entsprechenden Transducer umgewandelt werden. Diese Wirkkomponenten wiederum kommen durch die Ausbreitung von Quellenkomponenten 2 aus einer oder mehreren

Quellen 1 zustande. Bei der Ausbreitung ist es möglich, dass der Raum selbst oder Objekte 9 im Raum die Wirkung der Quellenkomponenten auf die Transducer verändern.

Auf der Ausgangsseite der Steuerung werden Steuergrössen 7 ausgegeben. Diese

Steuergrössen wirken auf die Steuerobjekte 8.

Bei herkömmlichen Steuerungen können die Steuergrössen anhand der Messgrössen oft nicht genügend gut ermittelt werden. Verschiedene Gründe, wie sie eingangs erwähnt wurden, können die Ursache sein. Das Hauptproblem liegt darin, dass bei solchen Steuerungen die Verarbeitung der Messgrössen fest vorgegeben ist. Alle Einflüsse, die nicht a priori genau bekannt sind und durch die vorhandenen Messgrössen beschrieben sind, können von solchen Steuerungen nicht erkannt werden.

Die Erfindung macht von der Ueberlegung Gebrauch, dass es bei der Definition einer Steuerung in der Regel nicht gelingt, mit vertretbarem Aufwand alle möglichen Beziehungen zwischen Quellen, Messgrössen und Steuergrössen qualitativ und quantitativ genau zu erkennen und zu berücksichtigen.

Das erfindungsgemässe Verfehren beruht darauf dass die Steuerung selbst die Verarbeitimg der Messgrössen zu Steuergrössen modifizieren können muss, damit eine verbesserte Ermittlung der Steuergrössen möglich wird. Erfindungsgemäss wird dies «reicht, indem Beziehungen zwischen den Messgrössen ermittelt werden, welche dann zusätzlich zu den Messgrössen bei der Bestimmung der Steuergrössen verwendet werden. Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger Beispiele genauer dargelegt. Diese dienen dem besseren Verständnis der Erfindung und bedeuten in keiner Weise eine Einschränkung für die Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung. Beispiel 1: Beleuchtungssteuerung

Figur 2 zeigt eine Anordnung für eine Steuerung, die ein selbständiges Ausschalten der Hauptbeleuchtung 101 ermöglicht, sobald die vorhandene Helligkeit genügend gross ist. Die Steuerung verfügt über eine eigene Stromversorgung 10 und besitzt als Eingangsgrössen zwei Helligkeitssensoren 402 und 403, einen Tastschalter 401 und eine Zeitbasis 404. Die Benutzer 104 können in gewohnter Weise die Beleuchtung 101 mittels des Schalters 401 ein- bzw. ausschalten. Dabei wird die Schalterbetätigung von der Verarbeitungseinheit 6 registriert, und ein Steuerglied 801, beispielsweise ein Relais, schaltet die Speisung 11 für die Beleuchtung ein bzw. aus.

Die Steuerung hat nun zusätzlich die Aufgabe, eine geeignete Ausschalthelligkeit festzulegen. Dazu wird der am Sensor 402 gemessene Helligkeitspegel verglichen mit einem aktuellen Schwellwert Woff. Der aktuelle Schwellwert ist zu Beginn ein vorgegebener Wert Wo. Wenn die gemessene Helligkeit während einer minimalen Vorgabezeit über dem aktuellen Schwellwert Woff liegt, dann wird die Beleuchtung 101 durch die Steuerung ausgeschaltet. Der gemessene Wert am Sensor 402 kann das Resultat unterschiedlicher Beleuchtungszustände sein, da verschiedene Lichtquellen wie das Tageslicht 103, das Licht der gesteuerten Beleuchtung 101 und das Licht von weiteren künstlichen Beleuchtungskörpern 102 auf den Sensor 402 einwirken.

Bei einer speziellen Ausführungsform der erfindungsgemässen Steuervorrichtung wird auch der zweite Helligkeitssensor 403 durch die unterschiedlichen Lichtquellen beeinflusst, aber nicht mit derselben Gewichtung der einzelnen Lichtquellen, wie sie beim ersten Sensor 402 erfolgt. Wenn nur das Tageslicht auf die Sensoren 402, 403 wirkt, dann unterscheiden sich die beiden Sensorsignale im wesentlichen nur durch einen Proportionalitätsfektor P, der nicht von der Helligkeit des Tageslichtes abhängig ist. Ein spezieller Beleuchtungszustand, bei dem keine künstlichen Beleuchtungskörper auf die Sensoren 402, 403 einwirken, kann auf einfache Art erkannt werden: Wie in Figur 3 dargestellt, ist die Helligkeit von künstlichen Beleuchtungsköφem, die mit Wechselspannung betrieben werden, zusammengesetzt aus einem konstanten Anteil und aus einem Anteil, der mit der Frequenz der Wechselspannung oszilliert. Die Steuerung überprüft, ob eine der Helligkeitsmessgrössen einen periodischen Anteil mit der gleichen Frequenz wie die Netzfrequenz aufweist. Mit andern Worten entspricht dies der Feststellung einer Beziehung zwischen den Messgrössen "Zeit t" und "Helligkeit I". Sobald eine solche Periodizität bei der Messgrösse "Helligkeit" festgestellt wird, kann die Steuerung zwei Klassen unterscheiden: Eine Klasse Ki mit aktiver künstlicher Beleuchtung, wie sie im Teil A der Figur 3 dargestellt ist, und eine Klasse K2 ohne aktive künstliche Beleuchtung, dargestellt im Teil B der Figur 3.

Die Steuerung wartet nun, bis der Zustand "Künstliche Beleuchtung nicht aktiv" erkannt wird. Jetzt wird ein Proportionalitätsfaktor P ermittelt, mit dem das Transducersignal S3 mit dem kleineren Helligkeitswert 503 multipliziert werden muss, damit der resultierende Wert dem Transducersignal S2 mit dem gröss«en Helligkeitswert 502 entspricht. Nun wird eine neue Rechengrösse gebildet: fi := (P * S3) - S2. Diese Rechengrösse hat, unabhängig von der Helligkeit des Tageslichtes, ungefähr den Wert Null, solange keine künstlichen Beleuchtungskörper eingeschaltet sind. Sobald künstliche Beleuchtungskörper eingeschaltet werden, verändert sich auch der Wert der Rechengrösse fi, und zwar so, dass fi für verschiedene Beleuchtungszustände unterschiedliche Werte annimmt.

Figur 4 zeigt zusätzlich zu den Signalwerten S2 und S3 der beiden Helligke ssensoren 402 und 403 den Wert der Funktion fi. Die Messpunkte sind so angeordnet, dass im Bereich A alle Messwerte aufgeführt sind, die aus jenem Beleuchtungszustand resultieren, bei dem sowohl die gesteuerte Beleuchtung 101 als auch die zusätzliche Beleuchtungsquelle 102 aktiv sind. Im Bereich B ist nur die gesteuerte Beleuchtung aktiv, im Bereich C nur die Zusatzbeleuchtung und im Bereich D schliesslich sind jene Messwerte, bei denen keine Wirkung von künstlichen Beleuchtungsköφern auf die Sensoren erfolgt. Deutlich ist zu erkennen, dass die Funktion fi für unterschiedliche Beleuchtungszustände unterschiedliche Werte annimmt, und dass die Funktion fi im Abschnitt D unabhängig vom Wert des Tageslichtes ungefähr den Wert Null annimmt.

Zur Verdeutlichung, was als "Beleuchtungszustand" bezeichnet werden kann, einige Beispiele: Keine künstliche Beleuchtung eingeschaltet; gesteuerte Beleuchtung ausgeschaltet und weitere künstliche Beleuchtungsköφer aktiv; nur gesteuerte Beleuchtung aktiv; direkte Sonneneinstrahlung; gesteuerte Beleuchtung aktiv mit 50% Leistung und weitere Beleuchtung eingeschaltet; noch nicht erfesste Konfiguration der Helligkeitsmessgrössen. Die Steuerung ermittelt nun über längere Zeit die typischen auftretenden Wertebereiche von fi, die je einen bestimmten Beleuchtungszustand charakterisieren. Diese Wertebereiche werden durch die Steuerung gegeneinander abgegrenzt. Jeder dieser Wertebereiche stellt somit eine Klasse dar, die einen bestimmten Beleuchtungszustand repräsentiert. Mit dem Wert der Funktion fi und der zugehörigen Klasse hat die Steuerung einen weiteren Parameter, der bei der Ermittlung der aktuellen Ausschaltschwelle Wo-r verwendet werden kan Wesentlich dabei ist, dass die Steuerung neue Klassen bilden kann dass das Kriterium, welches die Zugehörigkeit zu einer Klasse festlegt, verändert werden ka n und dass Klassen, die nicht mehr relevant sind, gelöscht werden können.

Nachfolgend wird aufgezeigt, wie die Steuerung für die verschiedenen erkannten Beleuchtungszustände den Wert der aktuellen Schaltschwelle Wo-r zum Ausschalten der Beleuchtung modifizieren kann.

Der ursprüngliche Vorgabewert Wo für die aktuelle Schaltschwelle entspricht in Wirklichkeit kaum dem tatsächlich von den Benutzern gewünschten Helligkeitswert zum Ausschalten der Beleuchtung. Insbesondere ist die gewünschte Ausschaltschwelle bei verschiedenen Beleuchtungszuständen unterschiedlich. Die Steuerung ermittelt deshalb für jeden erkannten Beleuchtungszustand separat eine aktuelle Ausschaltschwelle, die durch das Benutzerverhalten bestimmt wird.

Beim manuellen Ausschalten 104, 401 der Beleuchtung 101 wird jeweils ein Datensatz gespeichert, der die Informationen der Helligkeitssensoren 402, 403 und des Beleuchtungs¬ zustandes , wie sie kurz vor dem Ausschalten vorliegen, enthält. Die Information über den Beleuchtungszustand ist dabei durch die Klassenzugehörigkeit gegeben. Aufgnmd mehrerer solcher Datensätze bestimmt e Steuerung für jene Beleuchtungszustände, bei denen die gesteuerte Beleuchtung 101 eingeschaltet ist, je einen plausiblen Wert für die Ausschaltschwelle. Bei dieser Bestimmung der von den Benutzern gewünschten Ausschaltschwellen wird für jeden unterscheidbaren Beleuchtungszustand, bei dem die gesteuerte Beleuchtung eingeschaltet ist, eine Beziehung zwischen den Messgrössen "Schalterbetätigung" und "Helligkeit" ermittelt. Diese Beziehung stellt das gewünschte Ausschaltveihalten für die Beleuchtung in Abhängigkeit der Helligkeit und des Beleuchtungszustandes dar. Bei der Ermittlung solcher Beziehungen wird die Messgrösse "Schalterbetätigung" 401 durch die Benutzer 104 der Beleuchtung beeinflusst. Insbesondere kommt dabei zum Ausdruck, dass durch die Steuerung das charakteristische Verhalten von Benutzern oder die Bedürfnisse von Benutzem erfesst werden können.

Anhand des zuvor beschriebenen Beispiels ist erkennbar, dass die Ermittlung von Beziehungen zwischen Messgrössen und Steuergrössen analog zur Umformung oder Auflösung eines Geichungssystems verläuft. Dies wird nachfolgend vereinfacht nochmals verdeutlicht: Ausgangslage ist eine Steuerung mit zwei Helligkeitssensoren und den entsprechenden Messgrössen Hi und H2. Als Quellen wirken das Tageslicht Qi und eine weitere Lichtquelle Q2 auf die beiden Sensoren, wobei wie im vorherigen Beispiel die Q^eUeπwirkung bei beiden Sensoren eine unterschiedliche Gewichtung hat. Die Messgrössen können dann durch die Quellenwirkung ausgedrückt werden:

Die Helligkeit der Quellen Qi und Q2, sowie deren Wirkungsanteile auf die Sensoren, welche durch die Faktoren α,ß,γ,δ ausgedrückt werden, sind nicht genau bekannt. Bekannt sind hingegen die Messgrössen Hi und H2. Ebenso ist es beispielsweise anhand des AC-Anteils in den Helligkeitsmessgrössen möglich, den Zustand zu ermitteln, bei dem Q2 = 0 ist. Nachdem dieser Zustand eikannt ist, kann durch Verhältnisbildung der beiden Helligkeitsmessgrössen der Proportionalitätsfaktor P := γ/α bestimmt w«den. Wenn jetzt die erste der beiden Gleichungen mit P multipliziert wird und die zweite Gleichung davon abgezogen wird, so ist die resultierende Grosse nur noch von der Helligkeit der künstlichen Lichtquelle abhängig:

P * Hι - H2 = (P * ß - δ) * Q2 Natürlich ist auch eine andere Variante denkbar, wobei ausgehend von einem Zustand mit minimaler Helligkeit, bei dem kein Tageslicht und kein Kunstlicht vorhanden ist, jener Zustand erkannt wird, bei dem nur die künstliche Beleuchtung eingeschaltet ist und der Tageslichtanteil Qi = 0 ist. Analog der zuvor beschriebenen Vorgehensweise kann so eine Grosse ermittelt werden, die nur noch vom Tageslicht abhängt und nicht mehr von der künstlichen Beleuchtung. Dies ist besonders dann von Interesse, wenn in einem Raum, der zusätzlich zum Tageslicht durch künstliche Beleuchtungsköφer beleuchtet ist, der Anteil des Tageslichtes bestimmt werden soll.

Beispiel 2: Zeitsteuerung

Bei diversen elektrischen Verbrauchern besteht eine Beziehung zwischen dem Benutzungsverhalten und der Zeit. Es ist möglich, während eines Zeitintervalls ein charakteristisches Verbrauchsverhalten festzustellen, das sich in darauf folgenden Zeitiπtervallen im wesentlichen wiederholt. Nachfolgend sind einige Beispiele solcher Verbraucher aufgeführt: Kopiergeräte, Veφflegungsautomaten, Kaflfeeautomaten, Kochplatten, Fernsehgeräte, Raumbeleuchtung.

Vielfach verbrauchen solche Geräte auch dann Energie, wenn diese gar nicht genutzt wird: Bei Kopiergeräten beispielsweise wird im Standby-Modus viel Energie für die Trommelheizung aufgewendet, Kaffeeautomaten halten ihre Betriebstemperatur auch dann, wenn sie gar nicht benutzt werden, Fernsehgeräte verbringen einen Grossteil ihrer Lebensdauer im Standby- Modus. Offensichtlich wird hier viel Energie dafür aufgewendet, dass ein elektrischer Verbraucher ohne Komforteinbusse sofort verfügbar ist. Eine Verbesserung kann erzielt werden, wenn die Energiezufuhr für solche Verbraucher mit einer Schaltuhr gesteuert wird. Dies setzt allerdings voraus, dass die Zehen, in denen der Verbraucher nicht benutzt wird, genau bekannt sind.

Eine weitere Verbesserung ist möglich, wenn das Benutzerverhalten anhand einer geeigneten Messgrösse eifesst werden kann. Bei einem Kopiergerät kann dies beispielsweise die Kopiertaste sein, bei einem Kaffeeautomaten die Anfordeπmgstaste für den Kaffee, bei einem Fernsehgerät das Infrarot-Signal der Fembedienung, die ein Benutzer betätigt. Zur Erfassung des Benutzungsverhaltens bietet sich eine weitere Möglichkeit: Verschiedene elektrische Geräte weisen einen charakteristischen zeitlichen Verlauf des Energieverbrauches auζ wenn sie nicht benutzt werden. Bei einer Kaffeemaschine beispielsweise wird die Boilertemperatur mittels eines Thermostaten geregelt. Wenn kein Kaffee zubereitet wird, wird die Boilerfaeizting in regelmässigen zeitlichen Abständen für kurze Zeit eingeschaltet. Der entsprechende zeitliche Verlauf des Energieverbrauches ist im Teil A der Figur 6 dargestellt. Sobald ein Kaffee zubereitet wird, ändert sich dieser zeitliche Verlauf wie im Teil B dargestellt. Das erfindungsgemässe Verfehren kann nun dazu eingesetzt werden, aus dem Verlauf des Energieverbrauches die Benutzungszeiten zu ermitteln. Dazu wird zuerst die typische Repetitionszeit t_j der Nachheizpulse ohne Benutzung bestimmt. Diese ergibt sich aus den gemessenen Zeitwerten als längste Zeh, die wiederholt festgestellt wird. Anschliessend wird jeweils das Veriiältnis aus Nachheizzeh t_j und Repetitionszeit t„ gebildet. Dieser Wert ist minimal, solange kein Kaffee zubereitet wird. Sobald ein Kaffee zubereitet wird, wird auch das Verhältnis von Nachheizzeit t, zu Repetitionszeit ^ grösser und unterscheidet sich signifikant von den zuvor bestimmten Werten. Es lassen sich somit die Klassen "Gerätebenutzung" und "keine Gerätebenutzung" unterscheiden. Die Verknüpfung dieser Klassen mit der Uhrzeit ergibt die typischen Benutzungszeiten.

Sobald diese beiden Klassen von der Steuerung unterschieden werden können, kann die Steuerung das Gerät, gegebenenfalls auch nur Komponenten davon, beispielsweise die Heizvorrichtung, vor Beginn typischer Beπutzungszeiten selbständig einschalten, und während Zeiten, in denen das Gerät nicht benutzt wird, dieses selbständig wieder ausschalten. Dabei wird die Messgrösse "Zeit" auf die Zugehörigkeit zur Klasse "typische Beπutzungszeit" und zur Klasse "keine typische Beπutzungszeit" übeφrüft. Entsprechend der Klassenzugehörigkeit wird dann die Last mit Energie versorgt, oder eben nicht mit Energie versorgt. Wenn eine Aenderung im Benutzungsveriialten eintritt, beispielsweise bei der Umstellung von Winterzeit auf Sommerzeit, erkennt die Steuerung, dass das Benutzungsverhalten nicht mehr mit den gespeicherten Benutzungszeiten übereinstimmt, und kann die entsprechenden Anfangs¬ und Endzeiten automatisch an die neuen Verhältnisse anpassen. Diese spezielle Art des erfindungsgemässen Verfehrens kann bei diversen Steuerungen eingesetzt werden, ist aber insbesondere bei Steuerungen für die rationelle Energienutzung bei elektrischen Geräten von Interesse. Dort kann es dazu eingesetzt werden, anhand des Verbrauchsmusters eines Gerätes auf dessen Benutzung zu schliessen. Die Gerätebenutzung wiederum kann in Beziehung zu weiteren Messgrössen wie beispielsweise Zeit, Helligkeit, oder Bewegung gesetzt werden. Wenn solche Messgrössen mh der Gerätebenutzung korrelieren, können sie zur benutzergerechten Steuerung des Gerätes verwendet werden. Eine spezielle Ausfüh ngsform einer solchen Steuerung mit integrierter Speisung 21 zeigt Figur 5. Die Information über den Energieverbrauch des Gerätes wird dort mit einem Stromsensor 401 gewonnen. Diese Variante der Erfassung des Beπutzerverhaltens ist besonders dann von Interesse, wenn die Steuerung nicht in das zu steuernde Gerät eingebaut ist, sondern als eigenständige Steuervorrichtung 20 eingesetzt wird, und wenn keine anderen Messgrössen als der Stromveibrauch der gesteuerten Last zur Verfügung stehen. Damit ein Lernvorgang tatsächlich wirksam durchgeführt werden ann, ist ein Speichermedium erforderlich: Beziehungen zwischen den Messgrössen können erst als solche erkannt werden, wenn sie unter gewissen Bedingungen wiederholt festgestellt werden. Nur so ist es möglich, zufällige Ereignisse von den echten Beziehungen zwischen den Messgrössen zu unterscheiden. Das Speichermedium ist nicht nur für die Erkennung von Beziehungen notwendig, sondern auch als "Gedächtnis" zum Speichern der erkannten Beziehungen. Damit dieses Gedächtnis bei einem Stromausfell nicht einfach verloren geht, muss ein nichtflüchtiges Speichermedium, beispielsweise ein EEPROM 22 verwendet werden. Zur Anpassung an sich ändernde Begebenheiten werden die Daten im Speichermedium verändert oder gelöscht. Das an ftüherer Stelle beschriebene Beispiel einer Beleuchtungssteuerung zeigt eine Möglichkeit, in welcher Form Beziehungen zwischen den Messgrössen gespeichert werden können: Dort wird eine Funktion fi anhand der Messgrössen gebildet. Unterschiedliche Werte von fi beschreiben in diesem Fall unterschiedliche Beleuchtungszustände. Die Beziehungen können somit in Form von Vergleichswerten für die Funktion fi definiert werden, indem für die charakteristischen Wertebereiche jeweils die Unter- und Obergrenze gespeichert wird.

Claims

P A T E N T AN S P R U E C H E

1. Verfehren zur Verarbeitung von mindestens einer Messgrösse (3) zu mindestens einer Steuergrösse (7) bei einer Steuerung für eine elektrische Last, wobei die Steuergrösse nicht in eindeutiger Weise zu jedem beliebigen Zeitpunkt ta durch die Werte der Messgrössen zu diesem Zeitpunkt ta bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, dass Beziehungen zwischen den Messgrössen ermittelt werden, dass solchen Beziehungen Klassen zugeordnet werden, und dass bei d« Ermittlung der Steuergrössen zusätzlich zu den Messgrössen auch die Beziehungen zwischen den Messgrössen, welche durch die Klassen repräsentiert werden, berücksichtigt werden.

2. Verfehren nach Anspmch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Messgrösse direkt oder indirekt durch einen Benutzer (104) der elektrischen Last (101) beeinflusst wird.

3. Verfahren nach Anspmch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Messgrösse direkt oder indirekt durch die gesteuerte Last (101) beeinflusst wird.

4. Verfehren nach Anspmch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung von Klassen das Verhältnis oder die Differenz zweier Rechengrössen gebildet wird, wobei diese Rechengrössen die Messgrössen selbst sind, oder anhand der Messgrössen bestimmt wurden.

5. Verfehren nach Anspmch 1, 2, 3 od« 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Messgrösse durch Licht beeinflussbar ist, dass die elektrische Last ein Beleuchtungsköφer od« eine Gruppe von Beleuchtungskörpern ist, dass durch die Steuergrösse ein Steuerglied (801) für die elektrische Last beeinflusst wird, und dass mindestens zwei Klassen, welche die Beziehungen zwischen den Messgrössen darstellen, unterschiedliche Beleuchtungszustände sind.

6. Verfehren nach Anspmch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messgrösse die Zeit ist, und dass aufgrund d« periodischen Aenderung d« Helligkeit mit d« Netzfrequenz die Aktivität von künstlichen Beleuchtungsköφem eifesst wird.

7. Verfehren nach einem d« Ansprüche 5 od« 6, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Messgrössen eine Rechengrösse gebildet wird, die dem natürlichen Tageslicht entspricht.

8. Vorrichtung zur Verarbeitung von mindestens ein« Messgrösse (3) nach dem Verfehren gemäss einem od« mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitung d« Messgrössen im wesentlichen durch ein integriertes elektronisches Bauteil, insbesondere durch einen Microcontroller, erfolgt, und dass ein nichtflüchtiges Speichermedium zur Speicherung von Daten vorgesehen ist, insbesond«e, dass dieses nichtflüchtige Speichermedium ein EEPROM ist.

9. Vorrichtung zur Verarbeitung von mindestens ein« Messgrösse nach dem Verfehren gemäss einem od« mehreren d« Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Transduc« (401) vorgesehen ist, mit dem Informationen über den Verbrauchszustand d« gesteuerten Last erfesst werden können, insbesondere, dass dies« Transducer ein Stromwandl« ist.

10. Steuervorrichtung insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspmch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Messgrössen durch Licht beeinflusst werden, dass die Transduc« zur Erfassung des Lichtes so angeordnet sind, dass sie in unterschiedlich« Weise durch mehrere Quellenkomponenten (2) beeinflusst w«den, insbesondere, dass sie so angeordnet sind, dass sie so nahe beisammen sind, dass sie in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht werden können, und dass sie einen nicht identischen Erfessungsb«eich haben.